Funktionen hos neuroner i hjärnan är att bearbeta inre och yttre input som tas emot av människokroppen och säkerställa att kroppen fortsätter att fungera korrekt. Individuella neuroner utför inte denna funktion på egen hand, men kollektivet av neuroner som arbetar tillsammans i hjärnan hanterar alla stimuli som kommer inifrån och utanför kroppen. Varje neuron är en elektriskt exciterbar cell som skickar information till andra neuroner genom kemiska och elektriska signaler, och de kombinerade signalerna från neurongrupper i hjärnan tillåter noggrant bearbetade svar på input.
Vid överföring av signaler mellan varandra är nervcellerna i hjärnan beroende av både kemiska och elektriska data. Kemiska signaler överförs mellan neuroner via neurotransmittorer, som är små molekyler som driver från en neuron till en annan för att fortsätta en väg. Elektriska signaler sänder data genom neuronerna själva, från deras ursprung i mottagare som kallas dendriter tills de når slutet av neuronen, där kemisk signalering måste ta över. Många mänskliga störningar, vissa behandlingsbara och andra försvagande, är resultatet av fel i elektrisk eller kemisk signalöverföring mellan neuroner i hjärnan.
Alla neuroner i hjärnan är strukturellt lika, även om olika delar av hjärnan kan ha något olika neuronala strukturer. De olika strukturerna ger specifika grupper av neuroner särskilda förmågor, varför olika delar av hjärnan är specialiserade för olika uppgifter. Till exempel hanterar den visuella cortex input från ögonen, och den motoriska cortex hanterar rörelse. Varje del av hjärnan är specialiserad för något, och de olika områdena i hjärnan samverkar ofta i rutinuppgifter. Det finns en vanlig missuppfattning i populärkulturen att människor bara använder en liten del av sin hjärna, men det är faktiskt inte sant; hela hjärnan används konsekvent dagligen.
Vetenskapen har visat att nervcellerna i hjärnan är mycket mer anpassningsbara än man tidigare trott. Under många år trodde man att om någon skada uppstod på hjärnan så skulle funktionen hos de drabbade neuronerna gå förlorad permanent och oåterkalleligt. En mängd nyare studier har visat att hjärnan uppvisar förmågan att omdirigera funktioner genom alternativa neurala banor, så kallade plasticitet. Vissa personer med skador på hjärnans syncentra kan fortfarande se, och vissa personer som saknar hälften av hjärnan kan fungera relativt normalt.